2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 新人教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 新人教版選修3 教學(xué)目標(biāo) (一)知識與技能 1.知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的,知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài). 2.理解電場強(qiáng)度的概念及其定義式,會根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算,知道電場強(qiáng)度是矢量,知道電場強(qiáng)度的方向是怎樣規(guī)定的. 3.能根據(jù)庫侖定律和電場強(qiáng)度的定義式推導(dǎo)點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算式,并能用此公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算. 4.知道電場的疊加原理,并應(yīng)用這個原理進(jìn)行簡單的計(jì)算. (二)過程與方法 通過分析在電場中的不同點(diǎn),電場力F與電荷電量q的比例關(guān)系,使學(xué)生理解比值F/q反映的是電場的強(qiáng)弱,即電場強(qiáng)度的概念;知道電場疊加的一般方法。 (三)情感態(tài)度與價(jià)值觀 使學(xué)生學(xué)會由個別事物的個性來認(rèn)識一般事物的共性的認(rèn)識事物的一種重要的科學(xué)方法。 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會分析和處理電場問題的一般方法。 重點(diǎn):電場強(qiáng)度的概念及其定義式 難點(diǎn):對電場概念的理解、應(yīng)用電場的疊加原理進(jìn)行簡單的計(jì)算 教學(xué)過程 (一)引入新課 問題引入:電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的? (二)新課教學(xué)-----第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 一、電場: 電荷 電場 電荷 A B 圖1.3-1電荷之間通過電場相互作用 啟發(fā)學(xué)生從哲學(xué)角度認(rèn)識電場,理解電場的客觀存在性,不以人的意識為轉(zhuǎn)移,但能為人的意識所認(rèn)識的物質(zhì)屬性.利用課本圖1.3-1說明:電荷A和B是怎樣通過電場與其他電荷發(fā)生作用.電荷A對電荷B的作用,實(shí)際上是電荷A的電場對電荷B的作用;電荷B對電荷A的作用,實(shí)際上是電荷B的電場對電荷A的作用. 1.電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)——電場發(fā)生的,電荷的周圍都存在電場. ①特殊性:不同于生活中常見的物質(zhì),看不見,摸不著,無法稱量,可以疊加. ②物質(zhì)性:是客觀存在的,具有物質(zhì)的基本屬性——質(zhì)量和能量. 2.電場的基本性質(zhì):主要表現(xiàn)在以下幾方面 ①引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用,且同一點(diǎn)電荷在電場中不同點(diǎn)處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣. ②電場能使引入其中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象. ③當(dāng)帶電體在電場中移動時,電場力將對帶電體做功,這表示電場具有能量. 可見,電場具有力和能的特征 提出問題:同一電荷q在電場中不同點(diǎn)受到的電場力的方向和大小一般不同,這是什么因素造成的?引入電場強(qiáng)度的概念:因?yàn)殡妶鼍哂蟹较蛐砸约案鼽c(diǎn)強(qiáng)弱不同,所以造成同一電荷q在電場中不同點(diǎn)受到的電場力的方向和大小不同,我們用電場強(qiáng)度來表示電場的強(qiáng)弱和方向. 二、電場強(qiáng)度(E): 圖1.2-1 探究影響電荷間相互作用力的因素 A P1 P2 P3 F 由圖1.2-1可知帶電金屬球周圍存在電場。且從小球受力情況可知,電場的強(qiáng)弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場源電荷---- 1.關(guān)于試探電荷(檢驗(yàn)電荷)和場源電荷 注意:檢驗(yàn)電荷是一種理想化模型,它是電量很小的點(diǎn)電荷,將其放入電場后對原電場強(qiáng)度無影響 指出:雖然可用同一電荷q在電場中各點(diǎn)所受電場力F的大小來比較各點(diǎn)的電場強(qiáng)弱,但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān),所以不能直接用電場力的大小表示電場的強(qiáng)弱.實(shí)驗(yàn)表明:在電場中的同一點(diǎn),電場力F與電荷電量q成正比,比值F/q由電荷q在電場中的位置所決定,跟電荷電量無關(guān),是反映電場性質(zhì)的物理量,所以我們用這個比值F/q來表示電場的強(qiáng)弱. 2.電場強(qiáng)度 ①定義:電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值,叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度,簡稱場強(qiáng).用E表示。 ②公式(大?。? (適用于所有電場) ③單位: 牛頓/庫侖( N/C ) 如果1C的電荷在電場中某點(diǎn)受到的靜電力是1N,這點(diǎn)的電場強(qiáng)度就是1N/C. 提出問題:電場強(qiáng)度是矢量,怎樣表示電場的方向呢? ④方向:物理學(xué)中規(guī)定,電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向跟正電荷在該點(diǎn)所受的電場力的方向相同. 注意:負(fù)電荷在電場中某點(diǎn)所受的電場力的方向跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向相反。 ⑤研究方法:將檢驗(yàn)電荷放入點(diǎn)電荷周圍的電場中某點(diǎn),判斷其所受的電場力的大小和方向,從而得出該點(diǎn)場強(qiáng). ⑥唯一性和固定性 電場中某一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度E是唯一的,它的大小和方向與放入該點(diǎn)電荷q的大小、正負(fù)及有無均無關(guān),它決定于電場的源電荷及空間位置,電場中每一點(diǎn)對應(yīng)著的電場強(qiáng)度與是否放入電荷無關(guān). 帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出真空中點(diǎn)電荷周圍電場的大小和方向. 三、(真空中)點(diǎn)電荷周圍的電場、電場強(qiáng)度的疊加 1.點(diǎn)電荷周圍的電場 ①大小: (只適用于點(diǎn)電荷的電場) 公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量,r是場中某點(diǎn)到場源電荷的距離. 圖1.3-2 點(diǎn)電荷的電場 從而使學(xué)生理解:空間某點(diǎn)的場強(qiáng)是由產(chǎn)生電場的場源電荷Q和該點(diǎn)距場源電荷的距離r決定的,與檢驗(yàn)電荷無關(guān). ②方向:如果Q是正電荷,E的方向就是沿著半徑向外; 如果Q是負(fù)電荷,E的方向就是沿著半徑向內(nèi),如圖1.3-2示, ③公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系: 公式E=F/q適用于所有電場;公式E=kQ/r2只適用于點(diǎn)電荷的電場 提出問題:如果空間中有幾個點(diǎn)電荷同時存在,此時各點(diǎn)的場強(qiáng)是怎樣的呢?帶領(lǐng)學(xué)生由檢驗(yàn)電荷所受電場力具有的疊加性,分析出電場的疊加原理. 2.電場強(qiáng)度的疊加原理:電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度為各個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和. P +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1.3-3 例如:課本圖1.3-3中P點(diǎn)的場強(qiáng),等于+Q1在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E1和Q2在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E2的矢量和.從而使學(xué)生進(jìn)一步理解到,任何帶電體都可以看做是有許多點(diǎn)電荷組成的.利用點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算公式及疊加原理就可以計(jì)算出其周圍各點(diǎn)場強(qiáng). 【例題1】在真空中有兩個點(diǎn)電荷Q1=+3.010-8C和Q2=-3.010-8C,它們相距0.1m,求電場中A點(diǎn)的場強(qiáng).A點(diǎn)與兩個點(diǎn)電荷的距離相等A +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1 ,r=0.1m 分析:點(diǎn)電荷Q1和Q2的電場在A點(diǎn)的場強(qiáng)分別為E1和E2,它們大小相等,方向如圖1所示,合場強(qiáng)E在E1和E2的夾角的平分線上,此平分線跟Q1和Q2的連線平行. 解:E= E1cos60+E2cos60=2 E1cos60=2k Q1cos60/r2 代入數(shù)值得 E=2.7104N/C 3.可以證明:一個半徑為R的均勻帶電球體(或球殼)在外部產(chǎn)生的電場,與一個位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場相同,即球外距離球心r處電場強(qiáng)度為:E=kQ/r2 4.電場力與電場強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系 電場力 電場強(qiáng)度 區(qū) 別 物理意義 電荷在電場中所受力 反映電場的力的屬性 決定因素 由電場和電荷共同決定 僅由電場自身決定 大小 F=qE E=F/q 方向 正電荷受力與E同向 負(fù)電荷受力與E反向 規(guī)定E的方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)的受力方向 單位 N N/C(或V/m) 聯(lián) 系 F=qE普遍適用 四、電場線 1.電場線:電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線,曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。 2.電場線的基本性質(zhì) ①電場線上每點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向. ②電場線的密疏反映電場強(qiáng)度的大小(疏弱密強(qiáng)). ③靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠(yuǎn),止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn).它不封閉,也不在無電荷處中斷. ④任意兩條電場線不會在無電荷處相交(包括相切) 3.常見電場的電場線 【演示】模擬電場線 電場 正點(diǎn)電荷 負(fù)點(diǎn)電荷 等量同號電荷 等量異號電荷 勻強(qiáng)電場 電場線圖樣 簡要描述 發(fā)散狀 會聚狀 相斥狀 相吸狀 平行的、等間距的、同向的直線 強(qiáng)調(diào)指出:電場線是為了形象描述電場而引入的,電場線不是實(shí)際存在的線。 五、勻強(qiáng)電場 1.定義:電場中各點(diǎn)場強(qiáng)的大小相等、方向相同的電場就叫勻強(qiáng)電場. 圖1.3-10 2.勻強(qiáng)電場的電場線:是一組疏密程度相同(等間距)的平行直線.例如,兩等大、正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中,除邊緣附近外,就是勻強(qiáng)電場.如圖1.3-10. 【小結(jié)】對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié) 鞏固練習(xí) 1.下列說法中正確的是:( B C ) A.電場強(qiáng)度反映了電場的力的性質(zhì),因此場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受的電場力成正比 B.電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于F/q,但與檢驗(yàn)電荷的受力大小及帶電量無關(guān) C.電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向即檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的受力方向 D.公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的 2.在真空中負(fù)點(diǎn)電荷Q形成的電場中的P點(diǎn),放一個q1= -10-9C的點(diǎn)電荷,測得所受電場力大小為10-6N。則:(l)若移走q1,而在P點(diǎn)放置一個q2= +210-8C的點(diǎn)電荷,則q2所受電場力大小為____________N,此時Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)大小為____________N/C,方向與將放在P點(diǎn)時的場強(qiáng)方向____________;(2)若在P點(diǎn)不放任何檢驗(yàn)電荷,則Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為____________N/C,方向與將放在P點(diǎn)時的場強(qiáng)方向____________。 答:(l)210-5,1103,相同;(2)1103,相同。 3.下列說法中正確的是:( ACD ) A.場強(qiáng)的定義式E=F/q中,F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力,q是放入電場中的電荷的電量 B.場強(qiáng)的定義式E=F/q中,F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力,q是產(chǎn)生電場的電荷的電量 C.在庫侖定律的表達(dá)式中,是電荷q2產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷q1處的場強(qiáng)大小,此場對q1作用的電場力;同樣是電荷q1產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷q2處的場強(qiáng)的大小,此場對q2作用的電場力 D.無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化,在電場中的同一點(diǎn),F(xiàn)與q的比值始終不變 ●作業(yè) 1.復(fù)習(xí)本節(jié)課文 2.思考課本P14問題與練習(xí)第(1)、(2)、(5)、(6)、(7)題. 3.將(2)、(6)題做在作業(yè)本上. 參考題 1、在電場中某一點(diǎn),當(dāng)放入正電荷時受到的電場力向右,當(dāng)放入負(fù)電荷時受到電場力向 左,下列說法正確的是:( C ) A.當(dāng)放入正電荷時,該點(diǎn)的場強(qiáng)向右,當(dāng)放入負(fù)電荷時,該點(diǎn)的場強(qiáng)向左 B.只有在該點(diǎn)放入電荷時,該點(diǎn)才有場強(qiáng) C.該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定向右 D.以上說法均不正確 2、真空中,兩個等量異種點(diǎn)電荷電量數(shù)值均為q,相距r.兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處 的電場強(qiáng)度的大小為:( D ) A.0 B.2kq/r2 C.4 kq/r2 D.8 kq/r2 3、在—個等邊三角形ABC的頂點(diǎn)B、C處各放—個點(diǎn)電荷時,測得A 處的電場強(qiáng)度大小為E,方向與BC邊平行,且由B指向C,如圖所示.拿走C處的點(diǎn)電荷后,A處的電場強(qiáng)度 ( B )A B C E A.大小仍為E,方向從A指向B B.大小仍為E,方向沿BA延長線向外 C.大小變?yōu)镋/2,方向未變 D.不能作出結(jié)論 說明 1.電場強(qiáng)度是表示電場強(qiáng)弱的物理量,因而在引入電場強(qiáng)度的概念時,應(yīng)該使學(xué)生了解什么是電場的強(qiáng)弱,同一個電荷在電場中的不同點(diǎn)受到的電場力的大小是不同的,所受電場力大的點(diǎn),電場強(qiáng). 2.應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強(qiáng)度,知道這個比值與電荷q無關(guān),是反映電場性質(zhì)的物理量. 用比值定義一個新的物理量是物理學(xué)中常用的方法,應(yīng)結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過的類似的定義方法,讓學(xué)生領(lǐng)會電場強(qiáng)度的定義. 3.應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個公式的含義,以及它們的區(qū)別和聯(lián)系. 4.應(yīng)用電場的疊加原理進(jìn)行計(jì)算時不應(yīng)過于復(fù)雜,一般只限于兩個電場疊加的情形.通過這種計(jì)算,使學(xué)生理解場強(qiáng)的矢量性 5.電場線是為了形象描述電場而引入的,電場線不是實(shí)際存在的線。 A組能力訓(xùn)練題 1.( xx江蘇理綜卷21.) 關(guān)于電場,下列說法正確的是( C ) A.電場是假想的,并不是客觀存在的物質(zhì) B.描述電場的電場線是客觀存在的 C.電場對放入其中的電荷有力的作用 D.電場對放入其中的電荷沒有力的作用 答:C 2.2.下列關(guān)于點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式的幾種不同的理解,不正確的是 ( BCD ) A. 在點(diǎn)電荷Q的電場中,某點(diǎn)的場強(qiáng)大小與Q成正比,與r2成反比 B. 當(dāng)r→0時,E→∞;當(dāng)r→∞時,E→0 C. 點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場中,各點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定是背向點(diǎn)電荷Q D. 以點(diǎn)電荷Q為中心,r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)相等 3. 在電場中某點(diǎn)放入電荷量為q的正電荷時,測得該點(diǎn)的場強(qiáng)為E,若在同一點(diǎn)放入電荷量q′=-2q的負(fù)電荷時,測得場強(qiáng)為E′,則有 ( D ) A. E′=E,方向與E相反 B. E′=2E,方向與E相同 C. E′=E/2,方向與E相同 D. E′=E,方向與E相同 4. 圖3所示的各電場中,A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相同的是( C ) 圖3 B A A B C D B A B A B A 5. 在同一直線上依次有A、B、C三點(diǎn),且BC=3AB,在A點(diǎn)固定一個帶正電的小球,在B點(diǎn)引入電量為2.010-8C的試探電荷,其所受電場力為2.010-6N。B點(diǎn)的場強(qiáng)為___________,將該試探電荷移去后,B點(diǎn)的場強(qiáng)為___________,C點(diǎn)的場強(qiáng)為______________。如果要使B點(diǎn)的場強(qiáng)為零,可以在C點(diǎn)放一個電量是A點(diǎn)處帶電小球的電量的_________倍的________電荷. 答:100N/C,100N/C,6.25N/C,9, 正 Q a b 圖4 6.(xx年廣東理科基礎(chǔ)12)如圖4所示,實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場線,若帶電粒子q(|Q|>>|q|)由a運(yùn)動到b,電場力做正功。已知在a、b兩點(diǎn)粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是( A ) A.若Q為正電荷,則q帶正電,F(xiàn)a>Fb B.若Q為正電荷,則q帶正電,F(xiàn)a- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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